Реферат: Схемотехническое и функциональное проектирование вакуумной коммутационной аппаратуры

<span Courier New"">

<span Courier New"">         МОСКОВСКИЙ ИНСТИТУТ ЭЛЕКТРОННОГОМАШИНОСТРОЕНИЯ

<span Courier New"">

<span Courier New"">

<span Courier New"">                                  Дляслужебного пользования

<span Courier New"">                                  Экз. N_______

<span Courier New"">                                  На правахрукописи

<span Courier New"">                                  УДК 621.52/.646:658.5

<span Courier New"">

<span Courier New"">                                                      

<span Courier New"">

<span Courier New"">                     1БАТРАКОВ ВАСИЛИЙБОРИСОВИЧ

<span Courier New"">

<span Courier New"">          2СХЕМОТЕХНИЧЕСКОЕ ИФУНКЦИОНАЛЬНОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ

<span Courier New"">                 2ВАКУУМНОЙ КОММУТАЦИОННОЙАППАРАТУРЫ

<span Courier New"">

<span Courier New"">        Специальность 05.27.07. — Оборудованиепроизводства

<span Courier New"">                                  электроннойтехники

<span Courier New"">        Специальность 05.13.12. — Системыавтоматизации

<span Courier New"">                                 проектирования

<span Courier New"">    

<span Courier New"">                       Д и с с е р т а ц и я

<span Courier New"">       на соискание ученой степени кандидататехнических наук

<span Courier New"">

<span Courier New"">

<span Courier New"">                                  Научныйруководитель

<span Courier New"">                           кандидат техническихнаук, доцент

<span Courier New"">                                  Львов БорисГлебович

<span Courier New"">

<span Courier New"">

<span Courier New"">                          Москва — 1992

<span Courier New"">.

<span Courier New"">                              — 2 -

<span Courier New"">                            СОДЕРЖАНИЕ

<span Courier New"">

<span Courier New"">Введение....................................................  4

<span Courier New"">1. Современноесостояние работ по созданию вакуумной

<span Courier New"">   коммутационной аппаратуры… 10

<span Courier New"">   1.1. Анализ связей ВКА с оборудованиемэлектронной

<span Courier New"">        техники. Основные требования,предъявляемые к ВКА… 10

<span Courier New"">   1.2. Функционально-структурный анализ ВКА… 15

<span Courier New"">   1.3. Структурно-конструктивная классификацияВКА… 28

<span Courier New"">   1.4. Аналитический обзор методов поискового

<span Courier New"">        конструирования… 30

<span Courier New"">   Выводы… 39

<span Courier New"">2. Системныйанализ вакуумной коммутационной аппаратуры… 41

<span Courier New"">   2.1. Системная модель ВКА при функциональноми схемо-

<span Courier New"">        техническом проектировании… 41

<span Courier New"">   2.2. Функции и структура ВКА… 42

<span Courier New"">   2.3. Свойства ВКА и ее структурныхсоставляющих… 55

<span Courier New"">   2.4. Цели проектирования ВКА… 62

<span Courier New"">   2.5. Уравнение функционирования и критерииоптималь-

<span Courier New"">        ности ВКА… 70

<span Courier New"">   Выводы…73

<span Courier New"">3. Разработкаметодологии схемотехнического и функционального

<span Courier New"">   проектирования ВКА… 75

<span Courier New"">   3.1. Методические основы функционального исхемотех-

<span Courier New"">        нического проектирования ВКА… 75

<span Courier New"">   3.2. Методика параметрического анализаконструкций ВКА… 76

<span Courier New"">   3.3. Методика синтеза структур ВКА… 80

<span Courier New"">   3.4. Синтез и кинематический анализмеханизмов ВКА… 94

<span Courier New"">   3.5. Моделирование процесса функционированияВКА .........109

<span Courier New"">   Выводы...................................................115

<span Courier New";mso-fareast-font-family: Calibri;mso-fareast-theme-font:minor-latin;mso-ansi-language:RU;mso-fareast-language: EN-US;mso-bidi-language:AR-SA">

<span Courier New"">

<span Courier New"">                              — 3 -

<span Courier New"">

<span Courier New"">4. Создание новыхконструкций ВКА на базе автоматизации

<span Courier New"">   схемотехнического и функциональногопроектирования .......118

<span Courier New"">   4.1. Программые средства анализасуществующих конст-

<span Courier New"">        рукций ВКА..........................................118

<span Courier New"">   4.2. Программные средства синтеза и анализаструктур ВКА..121

<span Courier New"">   4.3. Структурно-функциональная модель САПРВКА на этапе

<span Courier New"">        схемотехнического и функциональногопроектирования...124

<span Courier New"">   4.4. Конструкции ВКА, разработанные наоснове синтезиро-

<span Courier New"">        ванных структур.....................................128

<span Courier New"">   Выводы ...................................................135

<span Courier New"">Заключение..................................................137

<span Courier New"">Литература..................................................140

<span Courier New"">Приложения..................................................157

<span Courier New"">

<span Courier New"">.

<span Courier New"">                               — 4 -

<span Courier New"">                            ВВЕДЕНИЕ

<span Courier New"">

<span Courier New"">     Необходимость всесторонней интенсификацииэкономики  нераз-

<span Courier New"">рывно  связана с ускорением научно-техническогопрогресса,  важ-

<span Courier New"">нейшиминаправлениями  которого  являются создание  и  освоение

<span Courier New"">принципиальноновой техники и технологии, автоматизация и меха-

<span Courier New"">низацияпроизводства.  Выполнение этих задач  требует, в  част-

<span Courier New"">ности, развитиявакуумной техники, оказывающей определяющее вли-

<span Courier New"">яние на созданиеи производство изделий электроники и все более

<span Courier New"">широкоиспользуемой в других отраслях промышленности.

<span Courier New"">     Разработка новых вакуумных технологийпредъявляет к вакуум-

<span Courier New"">ному оборудованиюповышенные требования,  разнообразный именяю-

<span Courier New"">щийся диапазонзначений которых обуславливает необходимость мо-

<span Courier New"">дернизации иразработки новых конструкций его элементной базы, в

<span Courier New"">частности,  вакуумной коммутационной аппаратуры (ВКА):клапанов,

<span Courier New"">затворов,  натекателей, служащих для периодического сообщения и

<span Courier New"">герметичногоперекрытия вакуумных коммуникаций и управления ва-

<span Courier New"">куумным  режимом. Конструкцией  и правильнойэксплуатацией ВКА,

<span Courier New"">являющейсянеотъемлемой частью вакуумных систем (ВС), в  значи-

<span Courier New"">тельной степениопределяется надежность работы вакуумного техно-

<span Courier New"">логическогооборудования.  (ВТО). Вместе с тем традиционноепро-

<span Courier New"">ектирование,   основанное на  интуитивно-эмпирическом  подходе,

<span Courier New"">исходя из уровнязнаний конструктора,  не удовлетворяет вполной

<span Courier New"">мереужесточившимся требованиям к созданию ВКА (например,  необ-

<span Courier New"">ходимостиминимального воздействия потоков газовыделения и  заг-

<span Courier New"">рязнений  на технологическую среду оборудованияпроизводства из-

<span Courier New"">делий электроннойтехники,  работе при температурах 600 — 800 К,

<span Courier New"">повышениюпоказателей надежности в десятки раз и т.д.), что осо-

<span Courier New"">бенно заметно напримере цельнометаллической ВКА, показатели ка-

<span Courier New"">чества которой,начиная с начала 70-х годов по существу не улуч-

<span Courier New";mso-fareast-font-family: Calibri;mso-fareast-theme-font:minor-latin;mso-ansi-language:RU;mso-fareast-language: EN-US;mso-bidi-language:AR-SA">

<span Courier New"">

<span Courier New"">                              — 5 -

<span Courier New"">шаются. В связи сэтим существующие конструкции громоздки, имеют

<span Courier New"">небольшой  ресурс и  наработку  на отказ. Ситуация осложняется

<span Courier New"">отсутвием единогонаучно обоснованного подхода к проектированию

<span Courier New"">ВКА,  что приводит к неоправданному еемногообразию, низкому ка-

<span Courier New"">чествуконструкций и,  как следствие, к отказами простоям доро-

<span Courier New"">гостоящегооборудования при эксплуатации.  Крометого,  проявля-

<span Courier New"">ется тенденция кзначительному уменьшению сроков проектирования

<span Courier New"">ВКА,  которая наряду  с указанными факторамивызывает необходи-

<span Courier New"">мостьавтоматизации процесса проектирования.

<span Courier New"">     Одним из выходов из сложившейся ситуацииявляется разработ-

<span Courier New"">ка и применениеновых развивающихся методик проектирования, поз-

<span Courier New"">воляющих  генерировать множество различных техническихрешений и

<span Courier New"">проводитьцеленаправленный их поиск и выбор, исходя  из  техни-

<span Courier New"">ческого задания(ТЗ),  имеющего жесткие и иногда полярныетребо-

<span Courier New"">вания.

<span Courier New"">     Изложенное определило цель настоящейработы,  которой явля-

<span Courier New"">ется созданиенаучно обоснованной методологии схемотехнического

<span Courier New"">и  функционального  проектирования ВКА,  направленной на решение

<span Courier New"">проблемпроектирования ВКА,  с конкретнойреализацией в виде но-

<span Courier New"">вых  конструкций ВКА и программно-информационныхсредств,  пред-

<span Courier New"">назначенных дляанализа, синтеза и моделирования работы ВКА.

<span Courier New"">     Принципиально функциональное  и схемотехническое проектиро-

<span Courier New"">вание ВКА,заключающееся в синтезе и анализе ВКА на этапе техни-

<span Courier New"">ческого  предложения и  содержащее оценку свойств ВКАна основе

<span Courier New"">исследованияпроцессов ее функционирования, генерацию  и  выбор

<span Courier New"">принципиальныхтехнических решений, определяющих структуру ВКА с

<span Courier New"">учетом спецификиее функционирования в  составе  конкретной ВС,

<span Courier New"">можно представитьв виде последовательности: цель проектирования

<span Courier New"">- функция — устройство (элементная структура), которая обуслав-

<span Courier New"">ливает  необходимость формального  описанияструктур,  функций,

<span Courier New";mso-fareast-font-family: Calibri;mso-fareast-theme-font:minor-latin;mso-ansi-language:RU;mso-fareast-language: EN-US;mso-bidi-language:AR-SA">

<span Courier New"">

<span Courier New"">                               — 6 -

<span Courier New"">свойств, объектовдля определения проектных целей в виде измене-

<span Courier New"">ния структур ВКАи определения связей свойств ВКА для построения

<span Courier New"">этих структур.

<span Courier New"">     Более детально  модель процесса  проектирования ВКА нана-

<span Courier New"">чальных стадияхможно представить в виде алгоритма, укрупненная

<span Courier New"">блок-схемакоторого приведена на рис. 1.

<span Courier New"">     Согласно представленной блок-схемы,  ТЗ на разработку  ВКА

<span Courier New"">определяетсятребованиями к ВС,  являющейся для ВКАобъектом бо-

<span Courier New"">лее высокогоуровня,  а начальным этапом создания  ВКА является

<span Courier New"">поиск  аналогов. Это объясняется нецелесообразностью разработки

<span Courier New"">новой конструкцииВКА при наличии среди  существующих  вариантов

<span Courier New"">ВКАконструкции,  полностью удовлетворяющейпредъявленным требо-

<span Courier New"">ваниям.

<span Courier New"">     В случае отсутствия аналогов необходимопроанализировать ТЗ

<span Courier New"">для выявлениязаведомо завышенных требований с целью их смягче-

<span Courier New"">ния.  Если данная процедура не приводит кнахождению аналога, то

<span Courier New"">переходят кпоиску прототипа — конструкции ВКА, наиболее  полно

<span Courier New"">соответствующей  требованиям ТЗ.  Сравнение параметров выбранной

<span Courier New"">конструкции ВКА стребуемыми (ТЗ) позволяет сформировать потре-

<span Courier New"">бительские  цели проектирования ВКА в виде необходимостиизмене-

<span Courier New"">ниясоответствующих значений параметров ВКА или ее  структурных

<span Courier New"">составляющих.

<span Courier New"">     Цели и критерии позволяют конструкторуосуществлять направ-

<span Courier New"">ленный поиск исинтез технических решений ВКА.  Исходяиз целей,

<span Courier New"">определяютнеобходимые функции и функциональные модули, их реа-

<span Courier New"">лизующие.  Вводя соответствующие отношения срединайденных функ-

<span Courier New"">циональныхмодулей, получают возможные структуры ВКА, из которых

<span Courier New"">с  помощью критериев  выбирают  структуру, наиболее отвечающую

<span Courier New"">предъявленнымтребованиям ТЗ  (происходит  достижение проектной

<span Courier New"">цели).

<span Courier New";mso-fareast-font-family: Calibri;mso-fareast-theme-font:minor-latin;mso-ansi-language:RU;mso-fareast-language: EN-US;mso-bidi-language:AR-SA">

<span Courier New"">

<span Courier New"">                               — 8 -

<span Courier New"">     Отсутствие среди известныхудовлетворительной  функциональ-

<span Courier New"">ной  структуры или появление новых функций длядостижения потре-

<span Courier New"">бительской целипроектирования ВКА приводит к необходимости син-

<span Courier New"">теза  физического принципа действия ВКА, являющегося этапом ее

<span Courier New"">функциональногопроектирования,  появлению новых  функциональных

<span Courier New"">модулей иповторению этапов схемотехнического проектирования ВКА

<span Courier New"">для синтеза ееоптимальной элементной структуры.

<span Courier New"">     Анализ приведенного алгоритмапроектирования показал,  что,

<span Courier New"">помимоотмеченного отсутствия системного описания ВКА, удобного

<span Courier New"">для  постановки задач схемотехнического ифункционального проек-

<span Courier New"">тирования,  достижение  поставленной   цели   осложнено  также

<span Courier New"">отсутствиемисследований процесса функционирования ВКА с позиций

<span Courier New"">схемотехническогопроектирования;  формального описанияструктур

<span Courier New"">ВКА  и процесса их синтеза;  формализованных научно обоснованных

<span Courier New"">методов принятиярешений при конструировании ВКА,  чтопозволило

<span Courier New"">сформулироватьследующие основные задачи,  подлежащиерешению:

<span Courier New"">- проведениесистемного анализа ВКА;

<span Courier New"">- разработкасистемной модели процесса  проектированияВКА;

<span Courier New"">- разработкаметодики и математических моделей процесса проекти-

<span Courier New"">рования ВКА науровне  формирования  ее структурных  схем;

<span Courier New"">- построение иисследование модели функционирования ВКА;

<span Courier New"">- разработка  формализованных  методов выбора и критериев опти-

<span Courier New"">мальности приструктурном синтезе ВКА;

<span Courier New"">- разработкакомплекса программных средств автоматизации началь-

<span Courier New"">ных этаповпроектирования ВКА;

<span Courier New"">- разработкановых конструкций ВКА на основе использования соз-

<span Courier New"">данногометодического и информационно-программного обеспечений.

<span Courier New"">     На защиту выносятся:

<span Courier New"">     1. Системные  модели ВКА  и  процесса ее функционального и

<span Courier New"">схемотехническогопроектирования.

<span Courier New";mso-fareast-font-family: Calibri;mso-fareast-theme-font:minor-latin;mso-ansi-language:RU;mso-fareast-language: EN-US;mso-bidi-language:AR-SA">

<span Courier New"">

<span Courier New"">                              — 9 -

<span Courier New"">     2. Методика и математические моделифункционально-схемотех-

<span Courier New"">ническогопроектирования ВКА.

<span Courier New"">     3. Математические  модели ВКА  на этапах функционального и

<span Courier New"">схемотехническогопроектирования.

<span Courier New"">     4. Методика  и математическая модель оценки конструкцийВКА

<span Courier New"">и ее структурныхсоставляющих.

<span Courier New"">     5. Результаты исследования математическоймодели функциони-

<span Courier New"">рования ВКА икритерии оптимальности конструкций ВКА.

<span Courier New"">     6. Новый класс ВКА переменной структуры иконструкции ВКА.

<span Courier New"">

<span Courier New"">.

<span Courier New"">                              — 10 -

<span Courier New"">     I. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ РАБОТ ПО СОЗДАНИЮВАКУУМНОЙ

<span Courier New"">                  КОММУТАЦИОННОЙ АППАРАТУРЫ

<span Courier New"">

<span Courier New"">     I.I. Анализ связей ВКА с оборудованиемэлектронной

<span Courier New"">          техники. Основные требования,предъявляемые к

<span Courier New"">          ВКА.

<span Courier New"">

<span Courier New"">     Вакуум как рабочая среда технологических процессов и научных

<span Courier New"">исследованийнаходит возрастающее применение в различных отраслях

<span Courier New"">промышленности.  При этом основным потребителем элементов,средств

<span Courier New"">и системвакуумной техники является электронная техника, предъяв-

<span Courier New"">ляющая наиболеежесткие, зачастую противоречивые и трудно реализу-

<span Courier New"">емые требования ксоздаваемым ВС.

<span Courier New"">     Используемое в  электронной технике вакуумное технологическое

<span Courier New"">и научноеоборудование,  интервалы рабочих давленийосновных типов

<span Courier New"">которого  приведены на рис.  I.I.,  по величине рабочего давления

<span Courier New"">можно условноразделить на три группы: 1) установки с рабочим дав-

<span Courier New"">лением  до 5  10   Па; 2)  установки  с рабочим  давлением до 1

<span Courier New"">10   Па; 3) оборудование с рабочим вакуумом выше1 10   Па.

<span Courier New"">     Как правило,  получение вакуума в оборудовании первой группы

<span Courier New"">достигаетсяприменением паромасляных диффузионных насосов с ловуш-

<span Courier New"">ками,  позволяющими исключить наличие углеводородных соединений в

<span Courier New"">рабочейсреде;  герметизация разъемных  соединений осуществляется

<span Courier New"">резиновыми  прокладками [I  — 5].  Подобные установки относятся к

<span Courier New"">непрогреваемымсистемам,  длительность откачки  которых определя-

<span Courier New"">ется,  в основном, десорбцией паров воды [6 — 8]. Дополнительными

<span Courier New"">требованиями кустановкам данного типа могут служить необходимость

<span Courier New"">полученияопределенного спектра остаточных газов [9, 10], исключе-

<span Courier New"">ние привносимойдефектности на изделие электронной техники [11  -

<span Courier New"">15], высокая (до1600 К) температура в рабочей камере и повышенные

<span Courier New";mso-fareast-font-family: Calibri;mso-fareast-theme-font:minor-latin;mso-ansi-language:RU;mso-fareast-language: EN-US;mso-bidi-language:AR-SA">

<span Courier New"">

<span Courier New"">                              — 11 -

<span Courier New"">требования кнадежности работы из-за значительного экономического

<span Courier New"">ущерба в случаеотказа [16 — 18].

<span Courier New"">     Оборудование второй группы [19 — 24]  обеспечивает получение

<span Courier New"">более низкихпарциальных давлений остаточных газов. В данной груп-

<span Courier New"">пеоборудования,  в основном, используютбезмасляные (турбомолеку-

<span Courier New"">лярные,  магнито- и  электро-разрядные  насосы) и комбинированные

<span Courier New"">средства откачки[25 — 27]. В качестве уплотнений разъемных соеди-

<span Courier New"">нений применяютсяметаллические прокладки и прокладки, изготовлен-

<span Courier New"">ные изтермостойкой резины [28, 29]. Как правило, установки второй

<span Courier New"">группы  прогреваются до  400  -  650  К (оборудование для откачки

<span Courier New"">электровакуумныхприборов частично до  950  К), имеют  достаточно

<span Courier New"">большое времядостижения рабочего давления (от 5 до 20 часов) [19,

<span Courier New"">30 — 33] и болеежесткие требования к привносимой на изделие  де-

<span Courier New"">фектности [34].

<span Courier New"">     К третьей группе оборудования принадлежатуникальные системы-

<span Courier New"">ускорители  заряженных частиц  [35 — 38],  камеры для космических

<span Courier New"">исследований иряд технологических установок  и  научных приборов

<span Courier New"">[39,  40]. Их отличие от вакуумных систем второй группы состоит в

<span Courier New"">необходимостипредварительной обработки и очистки материалов  для

<span Courier New"">вакуумных систем,длительном времени прогрева и откачки, использо-

<span Courier New"">вании толькометаллических уплотнителей в разъемных  соединениях.

<span Courier New"">При этом времясуществования высокого вакуума в рабочем объеме мо-

<span Courier New"">жет длитьсямесяцами и годами [29, 41 — 43].

<span Courier New"">     Общим требованием ко всем группам вакуумногооборудования яв-

<span Courier New"">ляетсяавтоматизация технологических процессов и научного экспери-

<span Courier New"">мента [44 — 46].

<span Courier New"">     В свою очередь, требования к вакуумномуоборудованию формиру-

<span Courier New"">ют требования кего элементной базе,  в том числе кВКА,  которая,

<span Courier New"">являясьнеотъемлемой частью ВС вакуумного оборудования (например,

<span Courier New"">только в одно- идвухкамерных установках число коммутационных уст-

<span Courier New";mso-fareast-font-family: Calibri;mso-fareast-theme-font:minor-latin;mso-ansi-language:RU;mso-fareast-language: EN-US;mso-bidi-language:AR-SA">

<span Courier New"">

<span Courier New"">                              — 12 -

<span Courier New"">ройств колеблетсяот 5 до 10, достигая 15 [20, 47]), во многом оп-

<span Courier New"">ределяет еговыходные характеристики. Так, производительность обо-

<span Courier New"">рудования  первой и  второй  групп определяется  не  только его

<span Courier New"">конструкцией  (однопозиционные  установки периодического действия,

<span Courier New"">установкиполунепрерывного действия со шлюзовыми камерами,  уста-

<span Courier New"">новки и линиинепрерывного действия и др.),  но исокращением вре-

<span Courier New"">мени достижениярабочего давления, зависящим, в частности, от про-

<span Courier New"">водимости ВКА[48, 49].

<span Courier New"">     Следует отметить и наметившуюся впоследнее  время  в произ-

<span Courier New"">водстве изделийэлектронной техники тенденцию к понижению рабочего

<span Courier New"">давления до10   — 10    Па вследствие существенного влияния  дав-

<span Courier New"">ления ипарциального состава газовой смеси на параметры и свойства

<span Courier New"">изделий [1, 19,40], т.е. к использованию высоко- и сверхвысокова-

<span Courier New"">куумногооборудования,  требующего прогрева до 700- 800 К и, сле-

<span Courier New"">довательно,применения цельнометаллической ВКА, позволяющей сокра-

<span Courier New"">тить времядостижения сверхвысокого вакуума в 2,5 раза и упростить

<span Courier New"">обслуживаниеустановок [25,  41]. С учетом отмеченногово введении

<span Courier New"">критического  состояния проектирования цельнометаллическойВКА це-

<span Courier New"">лесообразновыделить для детального рассмотрения области ее приме-

<span Courier New"">нения, которыепоказаны на рис. I.2.

<span Courier New"">     При этом, несмотря на достаточно четкуюграницу между группа-

<span Courier New"">ми  оборудования с одинаковыми вакуумнымихарактеристиками и усло-

<span Courier New"">виямиэксплуатации,  определяющими основныесвойства  ВКА,  к  ней

<span Courier New"">предъявляется  множество разнообразных дополнительных требований,

<span Courier New"">зависящих отконкретного случая использования,  чтоведет к увели-

<span Courier New"">чениюноменклатуры ВКА, затрудняя проведение унификации и стандар-

<span Courier New"">тизациивакуумного оборудования и повышая трудоемкость его  проек-

<span Courier New"">тирования иизготовления.

<span Courier New"">     Анализ длительности технологических циклови  ресурса  работы

<span Courier New"">оборудования,  проведенный по работам [19, 20, 24, 47, 48],позво-

<span Courier New";mso-fareast-font-family: Calibri;mso-fareast-theme-font:minor-latin;mso-ansi-language:RU;mso-fareast-language: EN-US;mso-bidi-language:AR-SA">

<span Courier New"">

<span Courier New"">                              — 14 -

<span Courier New"">ляет судить отребуемом ресурсе и цикличности работы ВКА и показы-

<span Courier New"">вает, что числоциклов работы клапанов и затворов лежит в пределах

<span Courier New"">500 — 8000,  а в ряде установок,  имеющих длительность  технологи-

<span Courier New"">ческого процессапорядка десятков секунд (например, электронно-лу-

<span Courier New"">чевых установокмикросварки),  их ресурс должен  быть значительно

<span Courier New"">большим  - 20000 — 50000.  Кроме того,  особенностью ВКА является

<span Courier New"">кратковременныйциклический режим работы с  большими  промежутками

<span Courier New"">междувключениями: отношение времени работы к времени выстоя очень

<span Courier New"">различно и всреднем находится в пределах 1 :  (100 — 10000). Сум-

<span Courier New"">марное времянахождения механизмов ВКА в динамическом состоянии до

<span Courier New"">заменыуплотнительной пары составляет для ВКА с металлическим  уп-

<span Courier New"">лотнителем всреднем примерно 2 — 4 часа,  для ВКА срезиновым уп-

<span Courier New"">лотнением — 20 — 50 часов.

<span Courier New"">     Снижение рабочего  вакуума накладывает дополнительные ограни-

<span Courier New"">чения наразработку ВКА,  связанные  с необходимостью  уменьшения

<span Courier New"">влияния  элементов вакуумной  полости ВКА напараметры технологи-

<span Courier New"">ческого процессаи учета привносимой  дефектности  [50, 51].  При

<span Courier New"">этом рядответственных сверхвысоковакуумных систем, взамен большо-

<span Courier New"">го ресурса работыВКА выдвигает на первый план требования к быст-

<span Courier New"">родействию ивысокой надежности ее работы [37, 39].

<span Courier New"">     Таким образом,  анализ назначения ВКА в свете задач, решаемых

<span Courier New"">современнымвакуумным оборудованием, позволил сформировать следую-

<span Courier New"">щие основныетребования, предъявляемые к ВКА.

<span Courier New"">     ВКА должна:

<span Courier New"">иметь  заданную проводимость  в  открытом положении; обеспечивать

<span Courier New"">требуемоебыстродействие;  гарантировать  величину натекания в за-

<span Courier New"">крытомположении  ВКА не выше допустимой  (например, соизмеримой с

<span Courier New"">уровнем  газопроницаемости  конструкционных материалов и материала

<span Courier New"">уплотнителя);допускать эксплуатацию  в диапазонетемператур от 77

<span Courier New"">до 800 К;минимально воздействовать на качественный и количествен-

<span Courier New";mso-fareast-font-family: Calibri;mso-fareast-theme-font:minor-latin;mso-ansi-language:RU;mso-fareast-language: EN-US;mso-bidi-language:AR-SA">

<span Courier New"">

<span Courier New"">                               — 15 -

<span Courier New"">ный составостаточной среды в вакуумной системе; иметь достаточные

<span Courier New"">ресурсработы  и наработку на отказ;  предусматривать  возможность

<span Courier New"">автоматическогоуправления  и контроля за работой;  обладать мини-

<span Courier New"">мальными  габаритами и  весом;  обеспечивать простой монтаж и де-

<span Courier New"">монтажустройства;  иметь  высокие технолого-экономические показа-

<span Courier New"">тели.

<span Courier New"">

<span Courier New"">     I.2. Функционально-структурный анализ ВКА.

<span Courier New"">

<span Courier New"">     Несмотря на все возрастающую потребность вВКА,  имеющаяся по

<span Courier New"">ней литературавесьма скудна,  разрознена и носит  большей частью

<span Courier New"">описательный  характер. В  затрагивающих  данную область работах

<span Courier New"">практическиотсутствуют методики проектирования ВКА, недостаточны

<span Courier New"">рекомендации иданные по ее расчету и конструированию [20, 29, 51-

<span Courier New"">54],  вследствие чего разработка конкретныхустройств ВКА в  боль-

<span Courier New"">шинстве  случаев основывается  на  опыте конструктора.  При этом

<span Courier New"">отсутствиеединого научно обоснованного подхода к  проектированию

<span Courier New"">ВКА  затрудняет создание конструкции,  имеющейнаилучшие характе-

<span Courier New"">ристики по всемпоказателям качества, поэтому существующие вакуум-

<span Courier New"">ные  клапаны и затворы удовлетворительно соответствуют лишь 3 — 4

<span Courier New"">показателямкачества,  что приводит кнеоправданному  многообразию

<span Courier New"">их конструкций.

<span Courier New"">     Достоинства и   недостатки  существующих   конструкций   ВКА

<span Courier New"">рассмотрим наоснове анализа информации, содержащейся в литератур-

<span Courier New"">ных источниках икаталогах отечественных предприятий-разработчиков

<span Courier New"">изаводов-изготовителей и передовых в области вакуумного машиност-

<span Courier New"">роенияиностранных фирм [20, 29, 51 — 67].

<span Courier New"">     На рис. 1.3,  1.4 приведены примерыконструктивных схем ВКА,

<span Courier New"">дающиепредставление о  ее  многообразии, на  рис.  1.5 показаны

<span Courier New"">основныепринципиальные схемы ВКА,  а на рис.  1.6 — типовые схемы

<span Courier New";mso-fareast-font-family: Calibri;mso-fareast-theme-font:minor-latin;mso-ansi-language:RU;mso-fareast-language: EN-US;mso-bidi-language:AR-SA">

<span Courier New"">

<span Courier New"">                              — 19 -

<span Courier New"">ее уплотнительныхпар.

<span Courier New"">     Проанализируем существующие техническиерешения ВКА с позиций

<span Courier New"">функционально-структурного  подхода -  реализации  последователь-

<span Courier New"">ности: цель — функция — устройство.

<span Courier New"">     Плоский затвор (рис.  1.5 а, е), имеющий минимальное расстоя-

<span Courier New"">ние междуприсоединительными фланцами (цель),  воизбежание износа

<span Courier New"">уплотнителятребует при перемещении улотнительного органа  1  для

<span Courier New"">открывания илиперекрывания проходного отверстия 2 создания гаран-

<span Courier New"">тированногозазора между ним и корпусом 3,  чтоприводит к необхо-

<span Courier New"">димостиосуществления в клапане двух не совпадающих по направлени-

<span Courier New"">ям движений:перемещения уплотнительного органа 1 для открывания и

<span Courier New"">перекрывания  проходного отверстия 2 и герметизации уплотнительной

<span Courier New"">пары(функция),  а,  следовательно, либо к появлению механизма 4 в

<span Courier New"">вакуумной полости(рис.  1.5, а), либо к использованию двухиспол-

<span Courier New"">нительных органови соответственно двух вводов движения в  вакуум

<span Courier New"">5,5 (рис.  1.5, е) (устройство).  Оба решениясущественно снижают

<span Courier New"">надежность иресурс работы  устройства,  а второе  приводит  и  к

<span Courier New"">усложнениюуправления затвором.

<span Courier New"">     Отличительной особенностью схемыповоротного затвора,  приве-

<span Courier New"">денной на рис.1.5, б, является возможность совмещения в корпусе 3

<span Courier New"">проходного иуглового взаиморасположения перекрываемых отверстий 2

<span Courier New"">(цель), а такжесовпадение направлений перемещения уплотнительного

<span Courier New"">органа и усилиягерметизации при уплотнении (функция). Однако по-

<span Courier New"">воротный  затвор с непосредственным воздействием ведущего звена 6

<span Courier New"">на уплотнительныйорган 1 (устройство) не получил широкого  расп-

<span Courier New"">ространения  вследствие необходимости созданиязначительных крутя-

<span Courier New"">щих моментов пригерметизации запорной пары.

<span Courier New"">     Другие типы конструкций ВКА также обладаютрядом недостатков.

<span Courier New"">Работа крана(рис.  1.5,  в) связана со скольжением уплотнительных

<span Courier New"">поверхностей  элементов 1  и  3 друг относительно друга,  и,  как

<span Courier New";mso-fareast-font-family: Calibri;mso-fareast-theme-font:minor-latin;mso-ansi-language:RU;mso-fareast-language: EN-US;mso-bidi-language:AR-SA">

<span Courier New"">

<span Courier New"">                              — 20 -

<span Courier New"">следствие,  подобные устройства имеют повышенноенатекание и малый

<span Courier New"">ресурсработы.  К недостаткам конструкций,  представленных на рис.

<span Courier New"">1.5 г,  д, можно отнести использование механизманепосредственного

<span Courier New"">действия[51],  приводящего к повышенныммассо-габаритным характе-

<span Courier New"">ристикамавтоматического привода.

<span Courier New"">     Для приближенной  </s

еще рефераты
Еще работы по радиоэлектронике